Evolution: Eigennützige Gene treiben Lebewesen zum Sex

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Bäckerhefe unterm Elektronenmikroskop: Parasitäre Gene verändern das Verhalten

Sexuelle Fortpflanzung ist aufwendig und riskant, aber dennoch für viele Lebewesen die Methode der Wahl. Wieso? Den entscheidenden Anstoß könnte eine Gruppe von Genen gegeben haben, die davon besonders profitiert: die Schmarotzer im Erbgut.

Gene müssen nützlich für Lebewesen sein oder zumindest nicht schädlich - könnte man denken. Denn senkt ein Gen - oder eine Gen-Variante - die Chancen, dass sich sein Träger erfolgreich fortpflanzt, wird es in der folgenden Generation seltener zu finden sein und sich langfristig nicht durchsetzen.

Dennoch finden sich im Genom von Lebewesen in großer Anzahl Gene, die keinerlei Nutzen für ihren Träger haben oder sogar schaden, weshalb sie auch als eigennützige beziehungsweise parasitäre Gene bezeichnet werden. Das menschliche Genom soll beispielsweise zu gut einem Viertel aus Parasiten-Genen bestehen. Diese DNA-Elemente erfüllen nur einen Zweck: sich stetig weiter im Erbgut verbreiten. Sogenannte Transposons können sich beispielsweise selbst kopieren und an anderer Stelle ins Erbgut einfügen - und sie können sich wohl sogar über Artgrenzen hinweg ausbreiten.

Andere parasitäre Gene können wiederum dafür sorgen, dass sich ein Organismus häufiger sexuell fortpflanzt, vermuten Biologen.

Diese These untermauert eine aktuelle Arbeit von neuseeländischen Forschern, über die sie im Fachmagazin "Proceedings of the Royal Society B" berichten. Paulina Giraldo-Perez und Matthew Goddard von der University of Auckland untersuchten den Einfluss des eigennützigen Gens VDE auf Fitness und Fortpflanzung eines gut untersuchten Modellorganismus: der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Meist pflanzt sich die Hefe asexuell fort, sie kann sich jedoch auch auf geschlechtlichem Wege vermehren.

Erst zerstören und dann umschreiben

VDE enthält den Bauplan für eine sogenannte zielsuchende Endonuklease. Diese kann, grob zusammengefasst, gezielt ein Stück DNA zerstören, so dass sich an dieser Stelle das VDE-Gen einnisten kann. Ihre Wirkung entfaltet die Endonuklease bei der Zellteilung, die der sexuellen Fortpflanzung vorausgeht.

Verfügt eine Hefe über eine Gen-Kopie mit VDE sowie eine VDE-freie, müssten die Nachkommen zu 50 Prozent das VDE-Gen besitzen; das Prinzip kennt man, seit Gregor Mendel Mitte des 19. Jahrhunderts seine berühmten Kreuzungsexperimente mit Erbsen durchführte. Tatsächlich findet sich das eigennützige Gen aber in 75 bis 90 Prozent der Hefe-Töchter, weil es wie oben beschrieben unfair spielt.

Giraldo-Perez und Goddard züchteten drei verschiedene Hefe-Kulturen, deren Erbgut sich nur bezüglich des VDE-Gens unterschied: Es war entweder gar nicht vorhanden, nur auf einem Allel oder aber auf beiden.

In verschiedenen Nährmedien, die Traubensaft, Erde aus einem Weinberg, Rinde von Weinreben oder Eiche enthielten - alles Umgebungen, in denen Bäckerhefe zu finden ist -, wuchs in der Regel die VDE-freie Hefe am besten. Das Gen ist demnach zumindest unter bestimmten Bedingungen parasitär; es beeinträchtigt die Fitness des Organismus.

Und es zeigte sich, dass sich die Hefen mit zwei VDE-Kopien tatsächlich häufiger Sporen bilden, was die Voraussetzung für die sexuelle Fortpflanzung ist. "Eigennützige Gene könnten subtilere und weitreichendere Folgen haben, als bislang angenommen wurde", schreiben die Forscher.

Die Wissenschaftler spekulieren, dass solche Gen-Elemente dazu beigetragen haben, dass sich die sexuelle Fortpflanzung überhaupt als Methode der Wahl für so viele Lebewesen etabliert hat. Diese Idee hatten Biologen schon früher geäußert, bislang fehlten jedoch Belege. Einen ersten haben die zwei Neuseeländer nun vorgelegt.

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insgesamt 31 Beiträge
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1. Gene treiben uns zum Sex
felisconcolor 19.09.2013
soweit so gut. Wenn ich das mit der Vermehrung jetzt begriffen habe ist es doch so das wenn ich mich durch Knospung vermehre wie ein Bakterium (schrecklicher Gedanke) verändert sich mein Erbgut nur durch zufällige Mutationen. Treibe, oder wie uns der Forscher weiss machen will, werde ich zum Sex getrieben (der Gedanke gefällt mir ausserordentlich gut) dann vermischen sich immer zwei unterschiedliche Zelllinien, die Vielfalt vergrößert sich enorm. Und Vielfalt ist gut habe ich irgendwann mal gelernt. In dieser Hinsicht ein Gen als parasitär zu bezeichnen nur weil es auf größtmögliche Vielfalt hinarbeitet, ist wohl etwas zu weit gegriffen. Ich für meinen Teil bin dem Gen ziemlich dankbar. Beschert es mir doch immer wieder schöne Momente. Ok ich schummle auch. Ich vermehre mich nicht dabei. Armes Gen.
2. Nur durch Sexualität konnten sich überhaupt höhere Lebewesen entwickeln.
isp 19.09.2013
> Sexuelle Fortpflanzung ist aufwendig und riskant Nur durch die sexuelle Fortpflanzung besteht die Möglichkeit, dass sich Lebewesen höher als ein Bakterium (10hoch 6 Basenpaare) entwickeln. Die Fehlerrate beim Kopieren der DNA ist zwar gering, man kann aber nachweisen, dass ohne den Gen-mix bei der Zweigeschlechtlichkeit die Grenze bei einem Bakterium erreicht ist. Wie es sich auch in der Reallität bestätigt. Ausserdem ist die Rekombination der Gene die Treibende Kraft der Evolution. Mutationen wären viel zu zufällig und fehlerträchtig. Die sexuelle Rekombination liefert neue sinnvolle Kombinationen viel schneller und zuverlässiger. Die mutationsgeschichte oberhalb von Bakterien ist ein Mythos. Kein Wunder, dass schon bei Pflanzen so viel Wert darauf gelegt wird.
3. Erwischt
Isix 19.09.2013
Schon wieder habe ich die Bäckerhefe beim Sex erwischt, als ich den Kühlschrank aufgemacht habe.
4. Überbevölkerung stoppen
hanfiey 19.09.2013
Die schlauen Gene könnten also die Überbevölkerung stoppen?. Oder müssten erst "Parasitäre Gene " erzeugt werden um dann ein Land vor dem Aussterben zu "retten"?.
5. Gene haben kein Ego
strixaluco 19.09.2013
... und auch keinen "Zweck" in diesem Sinne. Sie funktionieren und wirken auf eine bestimmte Art und Weise, die zum Beispiel auch schnelle Vervielfachung innerhalb des Erbguts beinhalten kann. Sie bleiben erhalten, wenn sie _irgendwie_ "überleben", ob sie ihrem Träger nutzen oder nicht (inaktives Pseudogen) - entscheidend ist, dass sie ihm nicht stark schaden. Es ist wirklich wichtig, sich klar zu machen, dass es dabei eben _nicht_ um Absicht oder irgendetwas Anderes, das mit bewusstem Handeln oder Vorhersehen einhergeht, geht! - Wenn man die "nüchterne" naturwissenschaftliche Perspektive einhalten möchte, ist es, denke ich, nicht angebracht, irgendwelche Vermenschlichungen zu verwenden. Was man persönlich, emotional, in der Evolution sieht, bleibt wohl jedem selbst überlassen, aber es hat in der naturwissenschaftlichen Sicht eben nichts zu suchen.
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Evolution
Die Veränderung des Erbguts und damit des Phänotyps von Individuen von Generation zu Generation.
Population
Eine Gruppe von Organismen einer Art oder auch verschiedener Arten (Mischpopulation) an einer bestimmten Örtlichkeit.
Phänotyp
Das Erscheinungsbild eines Individuums ist die Gesamtheit der durch die Erbanlagen (Genotyp) und die Einflüsse der Umwelt sich ausprägenden Merkmale eines Lebewesens.
genetische Variabilität
Die einzelnen Individuen einer Art besitzen genetische Unterschiede.
natürliche Selektion
Das Erbgut von Individuen einer Art wird nicht mit gleicher Wahrscheinlichkeit weiter gegeben. Manche Individuen einer Population vermehren sich stärker als andere - je nachdem wie überlebenstüchtig sie in einer bestimmten Umwelt sind. Selektionsfaktoren der Umwelt üben eine natürliche Selektion aus.
sexuelle Selektion
Ein Individuum bevorzugt bei seiner Partnerwahl bestimmte Merkmale. Dadurch haben nicht alle potentiellen Sexualpartner die gleichen Chancen zur Fortpflanzung, es findet somit eine Selektion statt. Die Erbanlagen, die die Merkmale hervorbringen, die f?r die Partnerwahl entscheidend waren, werden dadurch weiter gegeben.
künstliche Selektion
Vom Mensch gewünschte Eigenschaften werden durch Selektion und Zucht einzelner Individuen gezielt vermehrt.
genetische Drift
Auch Gendrift genannt. Vorgang bei der Evolution, der zu einer Veränderung im Genbestand kleiner Teilpopulationen gegenüber der Ausgangspopulation führt. Je kleiner eine Population ist, umso leichter kann der Zufall eine vom allgemeinen Durchschnitt abweichende Kombination von Genen zusammenführen. Gelangen beispielsweise nur wenige Individuen einer Art in ein isoliertes Gebiet (Insel, abgeschnittenes Gebirgstal), so können sich nun von ihrem Selektionswert unabhängige Mutationen aufgrund des Zufalls durchsetzen oder verlorengehen. Dies kann zu Formen führen, die in einzelnen Merkmalen nicht angepasst sind (beispielsweise auffällige Färbung, die sie als Beutetiere mehr gefährdet). Der Wirkungsgrad der Gendrift kann durch die mathematische Statistik erfasst werden.